Провал Лэмба

Провал Лэмба — явление резонансного падения выходной мощности газового лазера в центре линии усиления. Впервые был предсказан Уиллисом Лэмбом в 1963 году.

Теория

Усиление в лазерах происходит путем взаимодействия световых лучей с молекулами активной среды, которые характеризуются собственной линией поглощения с центром на частоте $\omega_0$, соответствующая максимуму усиления. Однако, линия усиления газового лазера испытывает уширение вследствие допплеровского эффекта: так как молекулы газа пребывают в движении, для фотонов линия поглощения оказывается сдвинутой на величину, зависящую от скорости молекул.

Внутри лазерного резонатора световое излучение распространяется в обоих направлениях. При этом, молекула, обладающая некоторой скоростью $v_0$, может взаимодействовать как с встречным фотоном, для которого резонансный переход будет смещен в область более высоких частот, так и с догоняющим, для которого резонансный переход сдвигается к более низким частотам. Наиболее эффективное взаимодействие молекулы и фотона будет в том случае, когда частота фотона и смещенного резонансного перехода совпадут. В результате, молекулы, имеющие нулевую проекцию скорости на ось резонатора (и несмещённую линию поглощения), будут эффективно взаимодействовать с фотонами частоты $\omega_0$, распространяющимися в обоих направлениях и их общий вклад в выходное излучение лазера уменьшится. Это будет наблюдаться как падение мощности излучения на центральной частоте $\omega_0$ и появление двух максимумов линии усиления, расположенных симметрично по отношению к $\omega_0$. В общем случае положение Лэмбовского провала может не совпадать с центром линии усиления.

Экспериментально провал Лэмба наблюдался в 1963 году У. Лэмбом, У. Беннетом и Р. Макфарлейном.

Обратный провал Лэмба

В резонатор можно поместить кювету с поглощающим газом, насыщение которого приведет к усилению выходной мощности в центре провала Лэмба. Это явление, открытое Полем Ли и М. Скольником, получило название обратного лэмбовского провала и нашло применение в методах сужения линии лазерной генерации.

Литература

• Шавлов А. Л. Спектроскопия в новом свете (рус.) // УФН. — 1982. — Т. 138. — С. 205—222. — DOI:10.3367/UFNr.0138.198210b.0205
• Шуберт М., Вильгельми Б. Введение в нелинейную оптику = Einführung In Die Nichtlineare Optic / Пер. М. А. Ковнера. — М.: Мир, 1979. — Т. 2. — С. 312—314. — 511 с. — 6800 экз.

Для улучшения этой статьи желательно?: Добавить иллюстрации.